图像传感器模块和集成图像传感器模块的照明器制造技术

提供了非对称透镜，其具有减轻或消除图像传感器模块与集成图像传感器模块的照明器之间的视场失配的设计。简而言之，非对称透镜包括光轴和前表面，前表面包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿着每条法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径。非对称透镜还包括后表面，该后表面包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每条法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个上具有负屈光力或正屈光力。

Illuminator for image sensor module and integrated image sensor module

An asymmetrical lens is provided, which has a design to reduce or eliminate the field of view mismatch between the image sensor module and the illuminator of the integrated image sensor module. In short, an asymmetric lens includes an optical axis and a front surface, which includes a first set of normal axes (x, y) in a plane perpendicular to the optical axis and a negative or positive radius of curvature along each normal axis (x, y). The asymmetric lens also includes a back surface, which includes a second set of normal axes (x ', y') in a plane perpendicular to the optical axis and a negative or positive radius of curvature along each normal axis (x ', y'), wherein the asymmetric lens has a negative or positive optical bending force on each of the X and Y axes of the image plane of the asymmetric lens.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像传感器模块和集成图像传感器模块的照明器
本专利技术涉及图像传感器模块，尤其涉及包括光学协调图像传感器视场和照明器视场的图像传感器模块。
技术介绍
图像传感器用于各种设备，包括照相机、卫星、天文成像系统、监视系统、频谱分析设备和电信设备。图像传感器通常包括焦平面阵列和设置阵列视场的相关光学器件。例如，优化光学器件以实现焦平面阵列的整个表面上的视场。因此，图像传感器光学器件很大程度上取决于焦平面阵列几何形状。焦平面阵列最常呈现所需像素数的矩形格式。为了降低成本并提高制造效率，一些商业上可获得的图像传感器具有标准化的焦平面几何形状和提供各种视场选项的相关光学器件。对于许多应用，商业上可获得的传感器模块的焦平面阵列几何形状和视场与其中包含图像传感器模块的设备的视场不成比例。图1总体上示出了图像传感器模块和集成该模块的设备之间不成比例的视场。如图1所示，图像传感器模块具有在水平、垂直和对角线方向上不同的矩形视场11。设备视场由圆圈表示，并且通常是各向同性的。图1中示出的视场失配呈现了若干问题，包括传感器模块未能对整个设备视场成像以及由一个或多个视场失配区域撞击传感器模块焦平面的杂散或反射光产生的伪像和/或噪声的引入。这些问题可能导致传感器模块丢失重要的检测事件和/或将伪像登记为有意义的检测事件，从而危及成像环境中的设备响应性变化。
技术实现思路
鉴于这些问题和缺点，提供了非对称透镜，其具有减轻或消除图像传感器模块与包含图像传感器模块的照明器之间的视场失配的设计。在一些实施例中，例如，本文描述的非对称透镜将图像传感器模块的视场改变为小于或等于集成传感器模块的照明器的接收角。简而言之，非对称透镜包括光轴和前表面，前表面包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿着每条法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径。非对称透镜还包括后表面，该后表面包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每条法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个中具有负屈光力或正屈光力。在一些实施例中，非对称透镜在x轴上具有正屈光力，在像平面的y轴上具有负屈光力。在另一方面，本文描述了用于与照明器集成的传感器模块。在一些实施例中，传感器模块包括图像传感器和包括光轴和非对称透镜的光学组件。非对称透镜包括前表面，该前表面包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿着每条法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径。非对称透镜还包括后表面，该后表面包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每条法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个中具有负屈光力或正屈光力。在一些实施例中，非对称透镜将图像传感器的视场改变为小于或等于集成传感器模块的照明器的接收角。在另一方面，本文描述了集成传感器模块的照明器。照明器包括发光面和与照明器集成的传感器模块。传感器模块包括图像传感器和光学组件，光学组件包括光轴和非对称透镜。非对称透镜包括前表面，该前表面包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿着每条法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径。非对称透镜还包括后表面，该后表面包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每条法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个中具有负屈光力或正屈光力。如本文进一步描述的，根据照明器的视场要求，非对称透镜的负屈光力和正屈光力可以在像平面的x轴和y轴上独立地变化。在下面的详细描述中进一步描述了这些和其他实施例。附图说明图1示出了在一些实施例中图像传感器模块和集成图像传感器模块的设备之间的视场失配。图2示出了根据一些实施例的传感器模块的主透镜组件。图3示出了根据一些实施例的与图像传感器模块的主透镜组件结合的本文描述的非对称透镜。图4-10示出了根据一些实施例的具有本文描述的特性的各种非对称透镜的俯视平面图、XZ和YZ剖面图和透视图。图11A一般性地示出了根据一些实施例的与照明器集成的图像传感器。图11B示出了根据一些实施例的图像传感器视场与照明器接收角之间的失配。图11C示出了根据一些实施例的图像传感器视场与照明器接收角的协调的正视图。图11D示出了根据一些实施例的图像传感器视场与照明器接收角的协调的仰视图。图12示出了一些实施例，其中诸如防眩光罩的外部光学器件设定照明器的接收角(θ)。图13A示出了根据一些实施例的传感器模块，其中非对称透镜耦合在模块的光学孔上。图13B示出了图13A的非对称透镜和传感器模块的剖视图。图14A示出了根据一些实施例的传感器模块，其中非对称透镜耦合在模块的光学孔上。图14B示出了图14A的非对称透镜和传感器模块的剖视图。图15A示出了根据一些实施例的传感器模块，其中非对称透镜耦合在模块的光学孔上。图15B示出了图14A的非对称透镜和传感器模块的剖视图。图16示出了根据一些实施例的具有图8中提供的设计与主透镜组件结合的非对称透镜的光线轨迹。图17示出了根据一些实施例的具有图9中提供的设计与主透镜组件结合的非对称透镜的光线轨迹。图18示出了根据一些实施例的具有图10中提供的设计与主透镜组件结合的非对称透镜的光线轨迹。图19示出了根据一个实施例的集成防眩光罩的照明器的正视图。图20示出了图19的照明器的仰视图。图21示出了根据一些实施例的照明器的发光二极管(LED)组件。图22示出了根据一些实施例的直接与驱动器组件连接的传感器模块的透视图。图23示出了根据一些实施例的直接与驱动器组件连接的传感器模块的透视图。图24提供了根据一些实施例的经由端板耦合到驱动器组件的传感器组件的正视图。图25示出了根据一些实施例的基于CMOS的图像传感器和相关处理的细节。图26示出了根据一些实施例的采用包括图像传感器的传感器模块的照明器的电气框图。具体实施方式通过参考以下详细描述和实施例及其之前和之后的描述，可以更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文描述的元件、设备和方法不限于详细描述和实施例中呈现的具体实施例。应该认识到，这些实施例仅仅是对本专利技术原理的说明。在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，对于本领域技术人员来说，许多修改和调整是显而易见的。应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。应当理解，当诸如层、区域或基板的元件称为在“上”或“延伸”到另一元件上时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器模块的非对称透镜，包括：/n光轴；/n前表面，其包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿每个法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径；和/n后表面，其包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每个法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中，非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个中具有负屈光力或正屈光力。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170303 US 15/449,1261.一种图像传感器模块的非对称透镜，包括：
光轴；
前表面，其包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿每个法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径；和
后表面，其包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每个法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中，非对称透镜在非对称透镜的像平面的x轴和y轴的每一个中具有负屈光力或正屈光力。


2.根据权利要求1的非对称透镜，其在像平面的x轴和y轴上都具有负屈光力。


3.根据权利要求2所述的非对称透镜，其中所述前表面包括沿着所述第一组法线轴(x，y)中的每一个法线轴的负曲率半径，并且所述后表面包括沿着所述第二组法线轴(x'，y')中的每一个法线轴的负曲率半径。


4.根据权利要求3所述的非对称透镜，其中，在所述第一组法线轴(x，y)之间，负曲率半径不同。


5.根据权利要求4所述的非对称透镜，其中，在所述第二组法线轴(x'，y')之间，负曲率半径不同。


6.根据权利要求1所述的非对称透镜，其中，所述像平面的x轴和y轴上的屈光力不同。


7.根据权利要求6所述的非对称透镜，其在像平面的x轴上具有正屈光力，而在像平面的y轴上具有负屈光力。


8.根据权利要求7所述的非对称透镜，其中所述前表面包括垂直于沿着所述第一组法线轴(x，y)的正曲率半径的负曲率半径，并且所述后表面包括垂直于沿着所述第二组法线轴(x'，y')的正曲率半径的负曲率半径。


9.根据权利要求6所述的非对称透镜，其在像平面的x轴和y轴上都具有正屈光力。


10.根据权利要求2所述的非对称透镜，其中所述像平面的x轴和y轴的负屈光力范围都是-3000<fx/F<-8、-1000<fy/F<-5，其中fx和fy分别是非对称透镜在像平面的x轴和y轴上的焦距，而F是图像传感器模块的主透镜组件的焦距。


11.根据权利要求10所述的非对称透镜，其中，所述主透镜组件包括两个或更多个旋转对称透镜。


12.根据权利要求7所述的非对称透镜，其中，所述像平面的x轴上的正屈光力范围为100<fx/F<5000，并且所述像平面的y轴上的负屈光力范围为-1000<fy/F<-5，其中fx和fy分别是非对称透镜在像平面的x轴和y轴上的焦距，而F是图像传感器模块的主透镜组件的焦距。


13.如权利要求1所述的非对称透镜，其包括0.007<d1/L<0.2的透镜中心厚度，其中d1是非对称透镜的中心厚度，L是图像传感器模块的非对称透镜和主透镜组件的总轨迹长度。


14.根据权利要求1所述的非对称透镜，其中所述非对称透镜的前表面包括在垂直方向上不同的圆锥常数。


15.根据权利要求14所述的非对称透镜，其中所述圆锥常数各自具有-1至1的值。


16.根据权利要求1所述的非对称透镜，其中所述非对称透镜的后表面包括在垂直方向上不同的圆锥常数。


17.根据权利要求16所述的非对称透镜，其中，所述圆锥常数各自具有-1至1的值。


18.一种用于与照明器操作的传感器模块，包括：
图像传感器；和
光学组件，其包括非对称透镜，所述非对称透镜包括前表面和后表面，所述前表面包括在垂直于光轴的平面中的第一组法线轴(x，y)和沿着每个法线轴(x，y)的负曲率半径或正曲率半径，所述后表面包括在垂直于光轴的平面中的第二组法线轴(x'，y')和沿着每个法线轴(x'，y')的负曲率半径或正曲率半径，其中非对称透镜在非对...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鎭弘，J·罗伯茨，S·维森斯基，
申请(专利权)人：理想工业照明有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US